鋁合金矩形非均布多胞截面薄壁管軸向耐撞性能研究.pdf

1、汽車前縱梁是重要的車身結(jié)構(gòu)件，在汽車發(fā)生正面碰撞時(shí)前縱梁通過潰縮變形吸收碰撞能量，從而起到一定的保護(hù)動(dòng)力總成和車內(nèi)乘員的作用。傳統(tǒng)的汽車前縱梁一般為矩形截面長管，有研究指出，在受到軸向碰撞壓潰載荷時(shí)，多胞復(fù)雜截面的矩形薄壁金屬管件較普通矩形截面管有著更好的吸能特性，因此這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。
　　本文研究了五種截面的鋁合金矩形薄壁管件的軸向耐撞性能，其中有普通矩形截面:口字型、日字型、目字型（即單胞、雙胞、非均布三胞

2、）;多胞矩形截面:田字型和九宮格型（即四胞和九胞）。并且，對結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的目字型和九宮格型管進(jìn)行了耐撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文首先分析了金屬薄壁管軸向壓潰的變形和吸能原理，基于現(xiàn)有的理論推導(dǎo)了矩形非均布目字型截面金屬薄壁管的平均壓潰力預(yù)測公式。之后，針對普通截面（口字型、日字型和目字型）和多胞截面（田字型和九宮格型）分別進(jìn)行了軸向準(zhǔn)靜態(tài)壓潰有限元分析。此外，為了初步研究結(jié)構(gòu)參數(shù)對于耐撞性的影響，針對目字型、田字型和九宮格型薄壁管的壁厚，目字型和

3、九宮格型的內(nèi)部肋板布置這些參數(shù)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)分析。在參數(shù)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，對目字型薄壁管選取了三個(gè)壁厚變量、一個(gè)內(nèi)部布置變量;針對九宮格型薄壁管選取了兩個(gè)壁厚變量、一個(gè)內(nèi)部布置變量，確定耐撞性平均壓潰力(MCF)和比吸能(SEA)為目標(biāo)，對兩種薄壁管件進(jìn)行了確定性多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并從Pareto解集中找到兩種結(jié)構(gòu)的確定性最優(yōu)解。最后，基于質(zhì)量管理思想對兩種管件進(jìn)行了穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出了穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計(jì)的最優(yōu)結(jié)果。
　　通過比較理論

4、預(yù)測、試驗(yàn)和有限元仿真的結(jié)果，一方面驗(yàn)證了有限元仿真模型和新推導(dǎo)的理論預(yù)測公式的準(zhǔn)確性和可靠性，另一方面發(fā)現(xiàn)在簡單截面中，目字型薄壁管具有較好的耐撞性能;在多胞截面中，九宮格薄壁管的吸能性能非常優(yōu)秀。通過結(jié)構(gòu)參數(shù)分析和多目標(biāo)優(yōu)化代理模型的建立，發(fā)現(xiàn)壁厚參數(shù)和內(nèi)部肋板布置位置對結(jié)構(gòu)耐撞性能有比較大的影響。此外，從多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果可以看出，最優(yōu)解的目字型和九宮格管件有著更加合適的管件壁厚設(shè)計(jì)和內(nèi)部肋板位置安排，因此耐撞性能和初始設(shè)計(jì)相比有了較